Сверхмалошумящий 48-вольтовый источник фантомного питания микрофона

Analog Devices LT8362

Thomas Mosteller, Christopher Jarboe

Analog Dialogue

Сверхмалошумящий 48-вольтовый источник фантомного питания микрофона

Вопрос:

Могу ли я сделать компактный, сверхмалошумящий источник фантомного питания 48 В, имея входное напряжение 5 В, 12 В или 24 В?

Ответ:

Можете, используя простой повышающий преобразователь, схему фильтра для снижения электромагнитных помех (ЭМП) и небольшую хитрость, чтобы конструкция была компактной.

Профессиональным конденсаторным микрофонам требуется напряжение 48 В для зарядки внутреннего емкостного преобразователя и питания внутреннего буфера его высокоимпедансного выхода. Ток этого источника питания очень мал, обычно он составляет единицы миллиампер, но источник должен иметь очень низкие шумы, так как уровни выходных сигналов микрофона довольно слабы, а коэффициент подавления пульсаций питания у выходного буфера не очень высок. Кроме того, фантомное питание не должно создавать помех для схем нижнего уровня, что всегда является проблемой для микросхем в миниатюрных корпусах.

Источник питания с очень хорошими характеристиками может быть построен с использованием повышающего преобразователя LT8362, содержащего коммутатор 60 В/ 2 А и способного работать на частотах до 2 МГц, который выпускается в миниатюрном корпусе размером всего 3 мм × 3 мм. Представленный здесь источник питания основан на стандартной демонстрационной плате DC2628A для микросхемы LT8362, схема которой показана на Рисунке 1.

Схема демонстрационной платы DC2628, используемой для создания источника фантомного питания.
Рисунок 1. Схема демонстрационной платы DC2628, используемой для создания источника фантомного
питания.

Входной фильтр подавления ЭМП на демонстрационной плате хорошо справляется с высокочастотными помехами, чему дополнительно способствует силовой дроссель, включенный последовательно с входом. Однако на выходе ситуация не так хороша. Выходной фильтр ЭМП эффективно подавляет шумы в мегагерцовом диапазоне, но мало влияет на шум в диапазоне звуковых частот. Этот шум в основном возникает из-за 30-кратного усиления шума опорного источника LT8362 в контуре обратной связи.

Одним из подходов к устранению этого шума является добавление конденсатора на выходе. При достаточной его емкости это сработало бы, но при 48 В на выходе наименьшее практическое рабочее напряжение конденсатора составляет 63 В, а это означает, что он будет большим и дорогим.

Второй подход заключается в том, чтобы уменьшить выходное напряжение LT8362 на вольт или два, добавив на выход LDO регулятор. Для этого потребуется высоковольтный регулятор, который обычно стоит дороже, чем его низковольтные аналоги. Кроме того, несмотря на то, что при более низких выходных напряжениях LDO регуляторы могут иметь низкие шумы, они тоже являются устройствами, в которых используются источники опорного напряжения, шумы которых будут умножаться точно так же, как умножаются шумы LT8362.

Третий подход основан на том факте, что чувствительность выходного усилителя микрофона не сильно зависит от напряжения питания, поэтому фантомное питание не требует идеальной стабилизации. Это означает, что эффективность действия выходных конденсаторов можно повысить, включив последовательно с ними резистор, однако это лишь ненамного уменьшает размеры высоковольтных конденсаторов.

Лучше всего сделать так, чтобы емкости выходных конденсаторов казались бóльшими, чем они есть на самом деле. Этого можно достичь с помощью старой методики, называемой умножением емкости. Эту простую схему можно увидеть в серой затененной области на Рисунке 2.

Та же схема, что и на Рисунке 1, но с умножителем емкости на выходе (выделен серым фоном), подавляющим шумы звукового диапазона частот, создаваемые импульсным регулятором.
Рисунок 2. Та же схема, что и на Рисунке 1, но с умножителем емкости на выходе (выделен серым
фоном), подавляющим шумы звукового диапазона частот, создаваемые импульсным
регулятором.

Здесь конденсатор 100 мкФ контролирует пульсации базового тока, поэтому его влияние на ток коллектора усиливается в β раз (β – коэффициент передачи тока n-p-n транзистора). Эффект впечатляющий. На Рисунке 3а показана осциллограмма выходного напряжения LT8362 на конденсаторе C4 (до фильтра) при сопротивлении нагрузки 1 кОм (50 мА).

До и после фильтра. Шумовая составляющая выходного напряжения повышающего регулятора, измеренная на конденсаторе C4 (до фильтра), составляет порядка 0.2% (а). После фильтра уровень шума улучшается до 0.002% (б).
До и после фильтра. Шумовая составляющая выходного напряжения повышающего регулятора, измеренная на конденсаторе C4 (до фильтра), составляет порядка 0.2% (а). После фильтра уровень шума улучшается до 0.002% (б).
Рисунок 3. До и после фильтра. Шумовая составляющая выходного напряжения
повышающего регулятора, измеренная на конденсаторе C4 (до фильтра),
составляет порядка 0.2% (а). После фильтра уровень шума улучшается
до 0.002% (б).

Пиковое напряжение шумов составляет примерно 80 мВ, что соответствует шумовой составляющей выходного напряжения порядка 0.2%. Хотя для некритических приложений этого может быть достаточно, после фильтра, как видно из осциллограммы на Рисунке 3б, выходное напряжение становится существенно чище, так как шумы падают приблизительно до 1 мВ пик-пик. Теперь шумовая составляющая составляет около 0.002% или 20 ppm, что достаточно даже для самых требовательных приложений. На Рисунке 4 показан лабораторный макет источника питания.

Лабораторный макет источника чистого фантомного питания, в котором используется демонстрационная плата DC2628.
Рисунок 4. Лабораторный макет источника чистого фантомного
питания, в котором используется демонстрационная
плата DC2628.

Выбор транзистора SBCP56-16T1G был обусловлен высоким коллекторным напряжением (80 В) и большим коэффициентом передачи тока β при малых токах. Большое значение β транзистора в умножителе емкости обеспечивает высокую кажущуюся емкость и относительно неизменное падение напряжения при изменениях выходного тока. Выходное напряжение 47.8 В при нагрузке 2 кОм падает до 47.5 В при увеличении нагрузки до 500 Ом, что для микрофонных приложений вполне допустимо. Не заменяйте этот транзистор другим, не проверив его шумы и характеристику коэффициента передачи тока.

Схема испытывалась при входном напряжении 16 В, но в диапазоне от 12 В до 24 В ее характеристики будут практически такими же. В некоторых приложениях может понадобиться повышать напряжение 5 В, для чего будет необходимо снизить частоту переключения LT8362 с 2 МГц до 1 МГц, чтобы минимальное время выключенного состояния осталось равным 75 нс. Тогда для сохранения эквивалентных характеристик может также потребоваться увеличение индуктивности L1 до 10…15 мкГн и удвоение емкости выходного сглаживающего конденсатора C4.

Ссылки

Материалы по теме

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Ultralow Noise, 48 V, Phantom Microphone Power Supply Using a Tiny DC-to-DC Boost Converter

Изготовление 1-4 слойных печатных плат за $2

Элитан
Россия
LT8362EDD
Analog Devices
175 ₽
LT8362EMSE#PBF
Analog Devices
по запросу
LT8362-24-D62
по запросу
Зенер
Россия и страны ТС
LT8362IMSE#PBF
по запросу
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • Я бы так точно не делал - ёмкость с умножиетелем не решает вопрос шумов. Поставил бы по выходу источник тока и параллельный стабилизатор, с источником опорного напряжения на LT1021 или LM285-2.5/